Доценко С.Ф., Иванов В.А. Природные катастрофы Азово-Черноморского региона

Подождите немного. Документ загружается.

130

вых участков покажут интенсивную и катастрофическую актив-

ность. За последние 30 лет площади оползневых процессов увеличи-

лись в четыре раза.

Рис. 3.31. Последствия оползней Азово-Черноморского региона:

а – Керчь; б – пригород Севастополя, оползень антропогенной

природы; в – Севастополь (www.e – crimea.info);

г – ялтинская трасса (фото М. Тесленко)

Южный берег Крыма на 80% занят оползнями. От мыса Айя

до Алушты находится более 500 опасных оползневых участков.

Особую тревогу сегодня вызывают 36 оползней, нависших над трас-

сой Симферополь–Ялта–Севастополь. Среди причин оползней гео-

логи называют непродуманное строительство у моря, свалки в горах,

добычу песка в прибрежной зоне. Наибольшее число активных

оползней

Украины находятся вдоль Южного берега Крыма, Одес-

ский, Николаевский и Мариупольский регионы, Западная Украина.

Наибольшее число пассивных оползней располагается в западных

районах Украины.

Подводные оползни могут возникать на континентальном

склоне Черноморской котловины. Они представляют опасность для

подводных газопроводов и линий связи. Наконец, по современным

представлениям подводные оползни – эффективный генератор волн

цунами

[72].

131

Наиболее надежная защита от оползней на суше – их преду-

преждение. Большую часть потенциальных оползней можно предот-

вратить, если своевременно принять меры в начальной стадии их

развития [70, 73]. Желательно было бы вообще избегать склоновых

участков, что в реальных условиях, а тем более в крымских услови-

ях, невозможно. Поэтому специалистами по инженерной геологии,

механике грунтов и строительной технике были разработаны ком-

плексные предупредительные мероприятия. Чтобы избежать сполза-

ния грунта, нельзя допускать:

● перегрузки верхней части оползня;

● подрезания основания оползневого участка (рекой, водохра-

нилищем, инженерными мероприятиями);

● дополнительного увлажнения всего косогора.

Известно, что вода является главной причиной оползания. По-

этому первым этапом охранительных работ должны быть перехват и

отвод поверхностных вод с оползневого склона. На оползнеопасном

участке рекомендуется удаление воды из колодцев. Затем следует

осушение участка с помощью подземного дренажа. Большое значе-

ние имеет и искусственное преобразование

рельефа. В зоне отрыва

уменьшают нагрузку на склон, ослабляя тем самым действие силы

тяжести и повышая силы сцепления горных пород. Существует це-

лый комплекс рекомендуемых технических операций по укрепле-

нию оползневого участка: анкерное крепление склонов, разрушение

плоскостей скольжения, инъекция в грунт укрепляющих растворов,

фиксация склонов с помощью свай и строительство опорных

стенок.

Важны и степень готовности, и быстрота реагирования, поскольку

на более поздних этапах борьба с оползневыми процессами требует

значительно больших усилий и экономических затрат.

3.12 Астероидная опасность

Последнее десятилетие широко обсуждается в средствах мас-

совой информации, в научно-популярной и научной литературе

проблема астероидной опасности для нашей планеты. Накопление и

осмысление новых данных и теоретических оценок о малых телах

Солнечной системы, выявление значительного числа следов косми-

ческих катастроф на земной поверхности, новые гипотезы о катаст-

рофических столкновениях в

космосе – все это привело к сущест-

венному сдвигу в восприятии общественностью реальной опасности,

132

которую представляют собой столкновения крупных космических

тел с Землей. Их падение на Землю могло сыграть важную роль в

развитии жизни на Земле в прошлом и может оказать значительное

влияние на ее эволюцию в будущем.

В Солнечной системе обнаружены десятки тысяч астероидов

(рис. 3.32). По состоянию на 26 сентября 2009 г. в базах данных

на-

считывался 460271 объект, у 219018 из них точно определены орби-

ты. Предполагается, что в Солнечной системе может находиться от

1,1 до 1,9 миллиона объектов с диаметром более 1 км.

Рис. 3.32. Главный пояс астероидов (белый цвет) и троянские асте-

роиды (зелёный цвет) (http://ru.wikipedia.org/wiki/Астероид)

Большинство известных сейчас астероидов сосредоточено в

пределах пояса астероидов, расположенного между орбитами Марса

и Юпитера (астероиды главного пояса). Кроме этих астероидов су-

ществуют астероиды, обращающиеся вокруг Солнца по довольно

вытянутым и нестабильным орбитам, которые могут пересекать ор-

биту Земли. В настоящее время обнаружено около 800 астероидов,

сближающихся с Землей или пересекающих

ее орбиту. Это астерои-

133

ды групп Аполлона, Атона и Амура, физические свойства которых

почти не отличаются от астероидов главного пояса соответствую-

щих размеров (данные о физических свойствах этих астероидов

приведены в [74]). Они имеют в основном такой же минералогиче-

ский состав, такие же в среднем оптические свойства поверхности,

форму, скорость вращения, как и астероиды главного

пояса. Основ-

ные отличия – это их орбиты и относительно малые размеры.

Диаметры известных астероидов, которые при своем движе-

нии пересекают орбиту Земли, изменяются от 6 м до 40 км. Их рас-

пределение по размерам находится на основе изучения статистики

кратеров на поверхности Земли и поверхности Луны, селекции при

обнаружении новых астероидов, а также

наблюдений метеоров, бо-

лидов и мини-комет при их входе в атмосферу Земли, наконец, ста-

тистики найденных метеоритов на поверхности Земли.

Форму и размеры этих астероидов определяют в настоящее

время с помощью радиолокации при их прохождениях вблизи Зем-

ли. Некоторые из них похожи на астероиды главного пояса, но ос-

новная

их часть имеет менее правильную форму. Например, астеро-

ид Тоутатис состоит из двух, а может быть и большего числа, со-

прикасающихся друг с другом тел. Группу Аполлона составляют

66% астероидов сближающихся с Землей, которые в наибольшей

степени опасны для Земли. Крупнейшими астероидами в этой груп-

пе являются Ганимед с диаметром 41 км,

Эрос – 20 км, Бетулия,

Ивар и Сизиф – 8 км.

На основе регулярных наблюдений и вычислений орбит таких

астероидов можно сделать следующий вывод: пока нет известных

астероидов, про которые можно сказать, что в ближайшие сто лет

они подойдут близко к Земле. Ближайшим будет прохождение асте-

роида Хатор в 2086 г. на расстоянии 883 тыс. км.

Астероиды

сближающиеся с Землей могут сталкиваться меж-

ду собой и с астероидами главного пояса. Такие столкновения могут

приводить к полному их разрушению и популяция этих астероидов

должна уменьшаться в 2-3 раза за несколько миллионов лет. На ос-

новании данных о следах падений небесных тел на Землю, Луну и

другие планеты, можно утверждать,

что частота падений астероидов

остается неизменной на протяжении 3 млрд. лет. Это означает, что

популяция таких астероидов непрерывно пополняется. Тем самым,

кроме механизма убывания числа астероидов, существует механизм

его увеличения.

134

Каждый год регистрируется пролет 2-3 космических тел диа-

метром 100-1000 м на расстоянии 0,5-3 млн. км от Земли (часто их

пролет обнаруживается уже после

максимального сближения с Зем-

лей). Таким образом, пока основную опасность представляют еще не

открытые астероиды.

В целом, столкновение астероида и Земли – очень редкое яв-

ление. Согласно оценкам, столкновение с астероидами диаметром

1 м происходит ежегодно, 10 м – один раз в сто лет, 50-100 м – один

раз за период от нескольких сотен до тысяч

лет и диаметром 5-10 км

– раз в 20-200 миллионов лет. При этом надо иметь в виду, что ре-

альную опасность представляют астероиды с размерами большими

нескольких сотен метров, поскольку они практически не разруша-

ются при проходе сквозь атмосферу.

Сейчас на Земле известно несколько сотен вызванных падени-

ем астероидов кратеров с диаметрами от

десятков метров до сотен

километров и возрастами от десятков до 2 млрд. лет. Наибольшими

из известных являются кратер в Канаде диаметром 200 км, образо-

вавшийся 1,85 млрд. лет назад, кратер Чиксулуб в Мексике диамет-

ром 180 км, образовавшийся 65 млн. лет назад и Попигайская котло-

вина диаметром 100 км на севере Средне-Сибирского плоскогорья в

России, образовавшаяся

35,5 млн. лет назад. Все эти кратеры обра-

зовались в результате падения астероидов с диаметрами порядка 5-

10 км со средней скоростью 25 км·с

–1

. Из молодых кратеров наибо-

лее известен кратер Берринджер в штате Аризона (США) диаметром

1,2 км и глубиной 183 м, возникший 20-50 тыс. лет назад при паде-

нии астероида диаметром 260 м со скоростью 20 км·с

–1

(рис. 3.33).

Рис. 3.33. Астероидный кратер Берринджер в штате Аризона (США)

диаметром 1,2 км и глубиной 183 м, обнаруженный в 1891 г.

135

На рис. 3.34 показано местоположение и вид кратера Чиксу-

луб, являющегося третьим по величине в мире. Он находится в ос-

новном под водой около п-ва Юкатан (Мексика). Диаметр кратера

около 170 км. Как полагают, это столкновение Земли с астероидом

произошло примерно 65 миллионов лет назад. Предполагается, что

сила удара метеорита о Землю

в 1 млрд. раз превышала мощность

бомбы, сброшенной на Хиросиму. Такой удар должен вызвать раз-

рушительные цунами, землетрясения, оползни и вулканические из-

вержения по всему миру, и, как полагают специалисты, привел к

вымирания динозавров в конце мелового периода. Столкновение,

вероятно, создало глобальную огненную бурю и/или широко рас-

пространившийся парниковый эффект,

который вызвал долговре-

менные экологические изменения.

Рис. 3.34. Местоположение и вид кратера Чиксулуб

на п-ве Юкатан в Мексике

Для определения геометрических параметров кратера на по-

верхности Земли, предложены различные теоретические модели. На

рис. 3.35 представлены зависимости размеров кратера на поверхно-

сти Земли от радиуса упавшего астероида. Кривые отражают физи-

чески понятный рост глубины и диаметра кратера при увеличении

радиуса упавшего на Землю космического тела.

Энергия, которая выделяется при ударе

астероида диаметром

300 м, имеет тротиловый эквивалент 3000 мегатонн или 200 тыс.

атомных бомб, подобных той, что была сброшена на Хиросиму. При

столкновении с астероидом диаметром 1 км выделяется энергия с

тротиловым эквивалентом 106 мегатонн, причем выброс вещества

при столкновении по оценкам на три порядка превышает массу ас-

136

тероида. По этой причине столкновение с Землей крупного астерои-

да может привести к катастрофе глобального масштаба, последствия

которой будут усилены возникшими при ударе техногенными ката-

строфами.

Вероятность столкновения астероидов с океанами и морями

существенно выше, чем с земной поверхностью, поскольку Мировой

океан занимает 71% (361 миллион км

) площади Земли. Карта рай-

онов вероятного падения астероидов в Мировой океан приведена в

работе [76] и воспроизведена на рис. 3.36.

Рис. 3.36. Карта известных мест падения астероидов

в Мировой океан [76]

Рис. 3.35. Теоретические

зависимости диаметра и

глубины кратеров на Земле

от радиуса упавшего

космического тела.

Скорость астероида 20 км·с

–1

плотность равна плотности

Земли,

= 3000 кг·m

–3

[75]

137

Для оценки последствий столкновения астероидов с водной

поверхностью созданы гидродинамические модели и компьютерные

программы, моделирующие основные стадии удара и распростране-

ния образующейся волны (см., например, [76, 77]). Результаты вы-

числительного эксперимента по генерации и распространению вол-

ны цунами при падении астероида в океан глубиной 4 км приведены

на рис. 3.37.

Экспериментальные исследования и теоретические

оценки по-

казывают, что заметные, в том числе и катастрофические последст-

вия возникают тогда, когда размер падающего тела составляет более

10% глубины океана или моря. Так, для астероида 1950 DA диамет-

ром 1 км, столкновение с которым может произойти 16 марта 2880

г., моделирование показало [78], что в случае его падения в Атлан-

тический океан на расстоянии 580

км от побережья США волна вы-

сотой 120 м за 2 ч достигнет пляжей Америки, а через 8 ч она дойдет

до берегов Европы, имея высоту 10-15 м.

Рис. 3.37. Эволюция волны цунами, вызванной падением астероида

диаметром 200 м в океан глубиной 4 км со скоростью 20 км·с

–1

Плотность астероида 3000 кг·м

–3

. Высота головной волны

в момент времени 300 с равна 325 м [75]

138

Опасным следствием столкновения астероида заметных раз-

меров с водной поверхностью может стать испарение большого ко-

личества воды, которая выбрасывается в стратосферу. При падении

астероида диаметром более 3 км объем испаряемой воды окажется

сравнимым с общим количеством воды, содержащимся в атмосфере

над тропопаузой. Этот эффект приведет к длительному повышению

средней температуры поверхности

Земли на десятки градусов и раз-

рушению озонового слоя. Все сказанное относится к падению асте-

роидов в Мировой океан, в частности, в акваторию Черного моря.

В работе [79] рассмотрен вопрос о возможном выбросе серо-

водорода при падении астероида в бассейн Черного моря и негатив-

ных последствиях такого события для населения региона. Автор

считает, что при падении астероида в море образуется каверна, через

которую в создавшихся критических условиях возможно выделение

в атмосферу облака сероводорода, представляющего угрозу для на-

селения. В результате проведенных вычислительных экспериментов

установлена важная роль ветра для его распространения: при скоро-

сти ветра 10 м·с

–1

облако сероводорода может быть перенесено на

150 км за время около 3,2 ч. При падении в море астероида диамет-

ром 250 м отравляющему воздействию сероводорода будет подвер-

жена площадь от 840 до 1890 км

, при этом от 20 до 45 тыс. человек

будут подвергнуты негативному действию сероводорода. В случае

падения в Черное море астероида диаметром 1 км по полученным

оценкам воздействию сероводорода будет подвергнута территория

площадью до 115520 км

и пострадает до 276 тыс. человек.

Таким образом, можно ожидать, что при падении астероида в

Черное море возможно не только образование разрушительных волн

цунами, но и выброс в атмосферу большого количества сероводоро-

да, способного вызвать химическое заражение региона.

Литература к главе 3

Горячкин Ю.Н., Иванов В.А. Уровень Черного моря: прошлое,

настоящее и будущее. – Севастополь: МГИ НАН Украины, 2006.

– 210 с.

2. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т. 5. Азовское

море. – С.-Пб.: Гидрометеоиздат, 1991. – 236 с.

139

Богданова А.К., Кропачев Л.Н. Сгонно-нагонная циркуляция и ее

роль в гидрологическом режиме Черного моря // Метеорология и

гидрология. – 1959. – № 4. – С. 26–33.

4. Шнюков Е.Ф., Митин Л.И., Цемко В.П. Катастрофы в Черном

море. – Киев: Манускрипт, 1994. – 296 с.

http://grants.rsu.ru/osi/azoveco/.

Иванов В.А., Манилюк Ю.В., Черкесов Л.В. О сейшах Азовского

моря // Метеорология и гидрология. – 1994. – № 6. – С. 105 – 110.

Иванов В.А., Фомин В.В. Математическое моделирование дина-

мических процессов в зоне море – суша. – Севастополь: Морской

гидрофизический институт НАН Украины, 2008. – 363 с.

Кропачев Л.Н., Шайтан О.И. Некоторые особенности колеба-

ний уровня моря в Керченском проливе // Океанология. 1961. –

, вып. 5. – С. 837–845.

9. Мурти Т. С. Сейсмические морские волны цунами. – Л.: Гидро-

метеоиздат, 1981. – 447 с.

10. Соловьев С. Л. Средиземноморские цунами и их сопоставление с

тихоокеанскими цунами // Известия РАН. Физика Земли. – 1989.

– № 11. – С. 3–17.

11. Никонов А. А. Цунами на берегах Черного и Азовского морей //

Известия РАН. Физика Земли. – 1997. – № 1. – С. 86–96.

12.

Соловьева О. Н., Доценко С. Ф., Кузин И. П., Левин Б. В. Цунами

в Черном море: исторические события, сейсмические источники

и закономерности распространения // Океанология. – 2004. – 44

№ 5. – С. 679–685.

13.

Доценко С. Ф., Кузин И. П., Левин Б. В., Соловьева О. Н. Особен-

ности проявления цунами от сейсмических источников в Кас-

пийском море // Известия РАН. Физика Земли. – 2003. – 39

, № 4.

– С. 308–314.

14. Фомичева Л. А., Рабинович А. Б., Демидов А. Н. Цунами в Чер-

ном море // Проект “Моря СССР”. Гидрометеорология и гидро-

химия морей СССР. – Т. IV. – Черное море. – Вып. 1. – Гидроме-

теорологические исследования. – С.–Петербург: Гидрометеоиз-

дат, 1991. – С. 352–354.

15. Доценко С. Ф. Черноморские цунами // Известия РАН. Физика

атмосферы и океана. – 1994. – 30

, № 4. – С. 513–519.

16.

Доценко С. Ф., Коновалов А. В. Цунами 1927 г. в Черном море:

данные наблюдений, численное моделирование // Морской гид-

рофизический журнал. – 1995. – № 6. – С. 3–16.